光合成のプロセスは生命の重要な基盤を形成します。このシステムを通じて植物はバイオマスを生産し、ひいては人間の食物も生産します。ただし、このプロセスは常に最適に機能するとは限らず、その結果、歩留まりが大幅に低下します。しかし、研究者らは将来この問題に対抗する遺伝子工学的解決策を発見するかもしれない。
人口の増加と消費者行動の変化により、食料の需要は今後数十年間で劇的に増加すると予想されます。しかし、このニーズはどのように満たされるのでしょうか?答えを求めて、科学者たちは重要な食用作物の回復力と生産性を高めることを目的とした遺伝子工学ソリューションにますます注目を集めています。これに関連して、イリノイ大学アーバナ校のポール・サウス率いるチームは現在、重要なプロセスである光合成に焦点を当てている。この非常に複雑なプロセスでは、植物は太陽エネルギーを使用して、水と二酸化炭素を私たちが利用できるバイオマスに変換します。しかし、すべてが常に最適に実行されるわけではありません。
問題となるエネルギー損失
二酸化炭素を固定する役割を担うタンパク質「RuBisCO」は、二酸化炭素の代わりに酸素を吸収するという間違いを 20% のケースで犯します。その結果、植物にとって有毒な代謝産物が生成され、それを多額の費用をかけて処分しなければなりません。これは光呼吸として知られている間に起こります。問題は、「光呼吸は、植物が光合成に費やすことができたであろう貴重なエネルギーと資源を消費することです」とサウス氏は説明します。これにより、成長が失われ、最終的には食料収量が失われます。しかし、この損失を最小限に抑えることができたらどうなるでしょうか?
これはまさにサウスと彼の同僚がやろうとしたことだ。通常、光呼吸の複雑なプロセスには、植物細胞の 3 つの異なる区画で行われる一連の個別のステップが含まれる。これは、すべての代謝プロセスの中で最も無駄の多い代謝プロセスの 1 つと考えられている。 。研究者らは現在、遺伝子工学手法を使用して植物を改変し、このプロセスが植物にとって異なるものとなり、何よりもより短時間でより効率的になるようにした。彼らはまず、どの遺伝子改変がこれを最もよく達成できるかをテストし、次に穀物研究で実証済みのモデル植物であるタバコ植物を用いたモデル実験で最も成功した候補をテストした。
バイオマスが 40% 増加
明らかになったのは、光呼吸が最適化されたトランスジェニック植物は、未改変の植物と比較して、温室でも野外でも著しく速く発育するということでした。具体的には、それらは背が高くなり、全体で約 40% 多くのバイオマスを生成しました。科学者らの報告によると、この成功は気候変動の観点から特に重要です。暑くなるにつれて、多くの植物で光合成エラーが発生する頻度が高くなり、より多くの光呼吸を行わなければなりません。研究チームは現在、有望な結果を大豆や米などの食用作物に応用することに取り組んでいます。「私たちの目標は、より良い作物を作り、世界に食料を供給するために農家に必要なツールを提供することです」と共著者のアマンダ・カバナー氏は結論づけています。
出典: Paul South (イリオニス大学、アーバナ) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.aat9077
